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Amorphous hydrocarbon (a-C: H) films have enormous potential as low friction, wear resistant coatings. Here. we present a plasma assisted chemical vapour deposition process for a-C: H that exhibits growth rates of 100 nm min(-1) and higher. The tribological performance of the resulting a C : H films has been studied experimentally by reciprocating sliding of all a-C: H-coated Si3N4 ball oil all a-C: H-coated 100Cr6 steel substrate and by subsequent micro Raman spectroscopy of the wear track. Running-in of the coatings is observed and characterised by it rapid decrease ill the friction coefficient accompained by a significant increase ill sp(2) hybridisation ill the wear track. Ill order to gain a deeper understanding of the underlying running-in mechanisms the sliding of two a-C: H films under a load of 5 GPa has been studied by classical molecular dynamics employing a range-corrected Brenner bond-order potential. The simulations reproduce the experimental trends and explain the running-in by a combination of smoothing and chemical passivation of both tribosurfaces. Consequently, both mechanisms should be controlled in order to produce tribological coatings for applications with optimum energy-efficiency.

Vier Fraunhofer-Institute arbeiten gegenwärtig interdisziplinär an der Entwicklung diamantbeschichteter Keramiken (DiaCer) als Werkstoffverbund für höchste Belastungen sowie an industriellen Anwendungen für diesen neuen Werkstoff. In diesem Beitrag werden Entwicklung und Einsatz der DiaCer-Wendeschneidplatte dargestellt. Als Substrat wurde Siliziumnitrid genutzt; die Diamant-Dünnschicht wird mittels CVD-Abscheidung (Chemical Vapour Deposition) generiert. Entsprechende Wendeschneidplatten sind gegenüber Hartmetall zeit- und kostengünstiger herzustellen, da bis zu vier Schneiden gleichzeitig gefertigt werden können. Zerspanversuche zeigten wesentlich höhere Standzeiten der diamantbeschichteten Keramiken gegenüber Hartmetallen. In umfangreichen Testreihen wurden Aspekte der mechanischen Vorbehandlung des Substrats, der Einfluß der Schichtdicke und der Schichtrauheit, Verschleißerscheinungsformen und ihre Ursachen, Standzeiten und Schnittparameter bei der Bearbeitung von Leichtmetallwerkstoffen untersucht. Die Ergebnisse zeigen u.a., daß die Vorbehandlung der Substrate einen entscheidenden Einfluß auf die Haftfestigkeit der Diamantbeschichtung hat, daß unterschiedliche Siliziumnitrid-Keramiken unterschiedliche Eigenschaften im Zerspantest besitzen, daß höhere Schichtdicken und geringe Schichtrauheiten die Standzeit erhöhen und daß dieser Werkstoff sehr gut für die Zerspanung von Leichtmetallegierungen geeignet ist.

Das wichtigste Merkmal keramischer Werkstoffe für den Einsatz in der Umformtechnik ist ihre im Vergleich zu Umformwerkzeugen aus Stahl wesentlich höhere Verschleißbeständigkeit. Um höhere Standzeiten der Walzwerkzeuge zu erreichen, ist daher der Einsatz von keramischen Werkstoffen interessant. Im Rahmen eines Verbundprojekts werden keramische Walzen für verschiedene Anwendungen konzipiert, hergestellt und unter Einsatzbedingungen getestet. Ziel dieser Untersuchungen ist zunächst der Nachweis der Einsatzfähigkeit dieser Walzen. Weitere Optimierungsschritte sollen zeigen, welche Vorteile keramische Walzen in verschiedenen Einsatzgebieten wie Drückwalzen, Drahtwalzen und Bandwalzen bezüglich Standzeit, Produktqualität oder Kühlschmierstoffverbrauch bieten können. In diesem Beitrag werden aktuelle Arbeiten und Ergebnisse zur Werkstoffentwicklung und zum tribologischen Verhalten von Siliciumnitrid im Hinblick auf die Anwendung für Walzwerkzeuge vorgestellt. Bei dem unter den gegebenen Bedingungen vorherrschenden tribochemischen Verschleißmechanismus erweisen sich die untersuchten Siliciumnitridwerkstoffe als sehr verschleißbeständig, wobei sich durch die tribochemische Glättung der Oberflächen zusätzlich Vorteile ergeben.

Aufgrund der hohen Reibung bei Mangelschmierung ist der Einsatz von Siliciumcarbid (SSiC) für Gleitringdichtungen in Hart/Hart-Paarungen problematisch. Ausgehend von den tribologischen Mechanismen wird dargestellt, wie die Notlaufeigenschaften von SiC durch Werkstoffentwicklung verbessert werden können, um eine ausreichende Einsatzsicherheit der Gleitringdichtungen zu erhalten. Untersuchungsergebnisse der praxis-typischen Schädigungen an Gleitringdichtungen werden dargestellt und Lösungsansätze zur Vermeidung dieser Schäden diskutiert.

Diamond-like carbon coatings (DLC) combine high wear resistance with low friction coefficients. Both properties enable the protective layers to sustain wide ranges of loading and environmental conditions. At present, low friction coatings are commonly used on an empirical basis but not as a design element. The reason for the empirical approach is the lack of tools for a description of the interaction between the coatings and the substrate. Furthermore it is difficult to obtain information on the fracture properties of the coating - substrate - system (e. g. fracture toughness, adhesion, residual stresses). A spherical indentation provides a simple technique to measure quantitatively the fracture toughness and the adhesion of brittle coatings on a ductile substrate with standard laboratory equipment. DLC coatings on a 100 Cr 6 steel substrate are indented by silicon nitride balls with different diameters and different loads. Fracture patterns (circular and radial cracks, delamination) are analyzed by finite element calculation and the fracture toughness of the coating itself along with the interface toughness is estimated.